乡村分布式光伏智慧运维服务生态圈建设

  完成单位：国网山东省电力公司高密市供电公司

  主要完成人：田强、王金友、陈文佼、田明国、陈晓东、郭锋、李欣、王瑞琪、孙娜、张云鹤

一、研发背景

党的二十大报告提出，要加快发展方式绿色转型，实施全面节约战略，发展绿色低碳产业，倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。近年来，在“碳达峰、碳中和”新形势下，分布式光伏新能源成为乡村振兴的重要抓手，光伏可充分利用乡村土地、屋顶资源优势，发展绿色新经济，赋能乡村经济实力与科技水平稳步增长。随着国家乡村振兴战略的实施，乡村屋顶分布式光伏产业迅猛发展，发电技术迭代更新，对电网运行的影响呈现“局部向全局发展、配网向主网延伸”的趋势，由于缺乏智能高效运维手段，导致分布式光伏电站安全隐患凸显、农户收入受损，亟需解决分布式光伏电站的智能化运维问题。

（一）智能化运维是推进乡村经济社会综合发展的有效手段

当前，分布式光伏发电已经成为乡村振兴的重要推动力，据了解，在脱贫攻坚阶段，我国先后下达了五批光伏扶贫专项建设规模和计划，累计建成光伏扶贫电站2636万千瓦，惠及约10万个乡村，415万贫困户，每年可稳定产生发电收益约180亿元，成为广大贫困村脱贫攻坚搬不走的“阳光银行”和集体经济“破零”的重要产业支撑。进入“十四五”，随着“整县推进”政策落地，分布式光伏将为乡村带来更多收益和就业。

（二）智能化运维是实现光伏电站健康稳定运行的必然选择

分布式光伏自身存在的“当地建设、当地消纳、建设周期短、项目分布散”等很多特点，给运维工作带来了诸多困难。出现运维过程不可控、运营人员不专业等情况，造成当前分布式光伏运维存在效率低、难度大、成本高三大共性行业难题，对分布式光伏运维，特别是乡村分布式光伏运维提出了实时数据高效采集、异常状态精准预警、智能装备研制应用、运维资源优化整合等一系列技术挑战，亟需在关键技术和示范应用方面取得整体创新与突破。

（三）智能化运维是提升光伏电站全寿命管理的有力保障

当前光伏电站全寿命全周期安全运维引发各方高度关注，光伏电站交付完之后，需要保证光伏太阳能电池板至少20年的收益，光伏电站安全运维是提高发电量的关键因素。分布式光伏的大量接入，极易造成发电侧和用电侧均出现随机波动性，电力系统平衡调节和灵活运行面临重大挑战，且自然人不具备屋顶光伏项目运维资质，运维团队的精益运维需要搭建平台进行智能化管控，分布式光伏的安全运维需求日益迫切。

二、发明团队介绍

1.项目负责人

本项目负责人为田强，是国网高密市供电公司营销部地市级专家人才，电力工程技术高级工程师、高级技师，获得7项国网山东省电力公司级创新奖项，主要参与9项国网总部、省公司市场业务标准规范编写，专业负责36项分布式光伏运维项目运营，具有10年光伏业务经验和良好的创新基础。

2.团队主要成员

团队主要成员来自国网山东省电力公司清洁能源领域业务骨干以及大学教授，其中博士研究生1名，硕士研究生4名，专业涵盖电力、信息技术、市场营销等多学科领域，熟知客户需求、电网现状、政策目标，在技术研发、项目推广和平台运营等方面经验丰富，累计开展光伏开发、运维项目501个，完成并网容量达167.3兆瓦。

团队情况详见下表：

三、成果(专利)简介

1.核心创新点

（1）海量多元异构数据汇聚与实时分析技术

由于缺乏统一的数据获取渠道，分布式光伏涉及的9类116项数据标准不一，无法提供有效政策支撑。该项目打破数据壁垒，协同整合6个维度23个归口专业数据信息，汇集电网、气象等多维度信息，数据齐全、接入量大、覆盖面广、准确度高。

（2）复杂环境发电预测与最优清洗周期自动生成

采用深度学习方法通过对历史功率数据进行深层次的趋势挖掘，并结合天气预报信息来确定每日功率趋势类型与辐照度曲线，保证功率预测趋势的通用性。将不同时间尺度的实际发电趋势预测结果反馈至发电功率与衰减率计算模型得到下一刻的参考值，建立精准的融合光伏衰减的理论发电量预测分析模型，自动生成组件清扫计划，减少清洗成本。

（3）云边协同、多元数据融合的智能故障诊断与工单管理

通过手持终端、EL巡检无人机等设备，对光伏电站组件的隐裂、断栅等故障及缺陷进行识别，将采集到的图像运用人工智能算法进行快速精准甄别，保障电站安全。通过研判光伏组件表面灰尘和发电量衰减的关系，结合气候的变化，自动推送最优的清洁计划。当光伏设备发生故障时，可以通过提取关键特征量进行模式识别，实现设备故障实时诊断、定位，并自动派发抢修工单。

（4）菜单式服务聚合全产业链服务资源

本项目可直接面向政府、电网公司、光伏发电客户及其他利益方，通过建设运营平台，利用智能运维和交易辅助等功能，实现多方共赢。

1）首创“菜单式”服务。引导分布式光伏客户接入平台，获取大量分布式光伏数据，运用“大数据”为客户提供能效分析账单，实现客户效益最大化。

2）实现“无感式”服务。平台智能化筛选需要现场运维检修与预防性维护的光伏电站，自动化派单，缩短服务流程，提升运维实效、增强客户体验。

3）实现“增值式”服务。开展聚合交易代理、碳市场策略咨询和撮合服务等新型业务，建立多方参与的分布式光伏市场化配套运营机制，提高分布式客户收益。

4）实现“聚合式”服务。平台统一管理已接入的分布式项目，聚合分布式电源，通过智慧能源网关、HPLC通信模块实现可知可控，为系统提供调节支撑能力。

2.主要做法

以构建“状态全息感知、故障精准诊断、设备智能巡检、运维优化决策、效果实时评估”的监测运维体系为目标，完成对电站全流程一站式光伏智能运维管理。

（1）通过对电站及设备运行状况信息采集分析，汇聚内外部数据形成大数据资源池。

（2）采用数据挖掘与图像处理相结合的先进智能技术构建异常组件检测模型，及时发现电站及设备发电异常情况。

（3）通过“机理+数据驱动”结合，构建了兼顾模型准确度和工程实用性的光伏理论发电预测模型，提高了理论发电功率的精准性。

（4）围绕设备全寿命核心价值链，建立设备全维度的评价体系。五是围绕平台建立电网“线上”+社会集体“线下”的互动服务模式，催生光伏产业新业态。

四、成果（专利）转化情况介绍

本项目通过技术创新，提出光伏最经济运维时间技术，运用人工智能算法实现运维资源的最优化派遣，对大电网、局部区域、分布式电站客户数据分析，实现对内部业务管理技术水平提升，解决目前没有基于实际运行数据进行光伏发电全寿命理论测算、故障研判可用性差、没有与电网运行数据开展联合分析等难题，实现对清洁能源市场化交易和储能业务拓展，驱动业务成长，对外部客户实现运维服务、能源互动，持续降低人工成本，促进经济效益提升。目前采用以下四种方式进行转化推广：

1.采用按单收费模式。按光伏面积收取年代维费用，发动各地供电服务人员空闲时间抢单等方式完成抢修或清洗工作，按单结算费用，基于采集数据模型评估工作质量等。本方案依赖省级智慧能源服务平台智能运维模块开展业务，静态投资主要是光伏数据接入费。按50元每次组织运维工作，1000个电站年运维3次，成本为15万元，单个电站平均成本150元，电站越多成本越低。按单个电站15kW，年发电收益11800元计算，单个电站每次收取100元用户可以接受，同时保证可观利润。

2.采用整体托管模式。根据天气情况直接折算基本上网电费，多发电部分利益分摊。在方案一的基础上， 基于精确的分析算法提供发电量损失与运维综合最优收益算法，增加发电综合能效提升分成收入。

3.待碳交易市场成熟后，提供碳交易代理服务，按交易规模收取代理服务费。在省级智慧能源服务平台增加碳交易模块，在方案一的基础上增加平台运营管理人员1人，年增加工资支出10万，按碳交易价格44元每吨的四分之一收取代理费，年代理约10万吨可以实现收支平衡，多代理部分均是收益。

4.基于大数据分析开展咨询服务，收取咨询服务费等。不增加成本，基于大数据和生态圈模块开展业务。

五、经济效益与社会效益介绍

1.有效降低成本，助力乡村振兴。光伏运维“智慧通”平台实现免费接入，菜单式运维，开展主动服务，通过智能化服务为客户提供能效账单，通过构建分布式光伏智慧运维模式，从根本上解决运维链条长、成本高、成效差、效率低等问题，与当前运维平均价格0.07元/瓦相比，该模式可将成本压降42.9%，显著提升发电收益。

2.实现全景监测，促进能源转型。通过构建分布式光伏智慧运维模式，实现发电功率精准预测，实现高比例分布式光伏接入后电网风险实时告警和提前预警，有效减少电网安全稳定运行威胁。实现对乡村分布式光伏装机容量、发电功率、运行效率、气象信息、项目收益等数据整合利用，满足人们打通数据壁垒、全面实时监控需求，有力推动清洁能源消纳。

3.共建共享共赢，提升社会价值。通过构建分布式光伏智慧运维模式，实现乡村分布式光伏产业的共建共享共赢，实现对装机容量、运行效率、项目收益等数据整合利用，实现对电网侧监控、政府侧规划、客户侧收益的有力支撑，打造了清洁能源产业生态圈，受到社会各界的广泛赞誉。

六、知识产权情况简介